两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布
连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响
收稿日期:2010-04-13基金项目:国家自然科学基金资助项目(50834009)作者简介:张 静(1982-),女,辽宁葫芦岛人,东北大学博士研究生;王恩刚(1962-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师;赫冀成(1943-),男,辽宁瓦房店人,东北大学教授,博士生导师第31卷第10期2010年10月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vo l.31,No.10O c t. 2010连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响张 静,王恩刚,邓安元,赫冀成(东北大学材料电磁过程教育部重点实验室,辽宁沈阳 110004)摘 要:结合连铸过程的实际情况,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸 250mm 圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应强度和电磁力分布的影响 研究结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据基本一致;当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小;沿着结晶器方向,电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小,但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,电磁力减小;当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度和电磁力都增加 结合数值模拟的具体结果,电磁搅拌电流和频率为480A ,3Hz 时,能起到良好的搅拌效果 关 键 词:磁场;电磁搅拌;磁感应强度;电磁力;数值模拟中图分类号:T F 777 文献标志码:A 文章编号:1005 3026(2010)10 1432 05Effects of Mold EMS Parameters on Distributions of Magnetic Induction and Electromagnetic Force During Continuous CastingZ H AN G Jing ,WANG En gang,DEN G A n yuan,H E Ji cheng(K ey L aboratory of National Education M inistry for Electr omag netic P rocessing of M ater ials,N ortheastern U niversity,Shenyang 110004,China.Correspondent:ZHA NG Jing,E mail:jing510@)Abstract :A numerical simulation in combination w ith in situ measurement w as conducted according to the actual continuous casting process for the M EMS(mold electrom agnetic stirring )behavior of 250mm bloom.The effects of EMS current and frequency on the distributions of magnetic induction and electrom agnetic force w ere then investig ated.T he results showed that the simulated results conform basically w ith the measured data.With the current kept constant and frequency increased,the mag netic induction decreases,and along the centerline in mold,the electrom agnetic force increases w ith frequency though its increment decreases gradually.But,along the radius of electromagnetic stirrer the electromag netic force decreases w ith increasing frequency and w ith the frequency kept constant and current intensity increased,the magnetic induction and electromagnetic force both increase in molten steel.Considering the results of numerical simulation as a whole,the optimal EM S parameters should be as follows:stirring current=480A w ith a frequency=3Hz.Key words:magnetic field;electrom agnetic stirring;mag netic induction;electromagnetic force;numerical simulation电磁搅拌技术作为提高铸钢质量的有效手段之一已经广泛应用在连铸过程中[1-3] 电磁搅拌的作用机理是通过对钢水的搅动,一方面柱状晶被打断,再与钢水混在一起,作为等轴晶的核心;另一方面增加钢液流动,提高凝固相间的热传递,降低过热度,减少凝固前沿的温度梯度,抑制柱状晶的定向增大,从而促进等轴晶的生成 因此在连铸过程中普遍采用结晶器电磁搅拌,来改善铸坯的质量[5-7]本文从连铸过程的实际情况出发,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸 250m m 圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对钢液磁感应强度和电磁力分布的影响,找出了合适的工艺参数,为后续的流动及凝固提供可参考的依据1 数学模型1.1 模型假设钢水是不可压缩的导电流体;钢水密度、运动黏性系数、电磁率和电导率等物性参数为标量常数;连铸电磁搅拌电流频率为低频,忽略位移电流;钢水与坯壳磁导率均取为真空磁导率 1.2 基本参数电磁搅拌器安装在结晶器外部,搅拌器线圈由铁芯和铜线绕组而成,具体参数为:结晶器长度850mm,铜板厚度30mm ,搅拌器高度570mm,搅拌器距结晶器顶端距离350mm相关物性参数为:铁芯相对磁导率3000,铜板和钢液的电阻率分别为1 7 10-8和1 4 10-6 m,钢液的密度和黏度分别为6850kg/m 3和0 0053kg/(m s)1.3 控制方程麦克斯韦方程组包括以下几个方面:法拉第电磁感应定律: E =- Bt,安培环路定律: H =J ,高斯定律: B =0,本构方程:B =!H ,欧姆定律:J =∀(E +u B) 1.4 边界条件与初始条件1)初始条件:采用三相低频电源,各相电流的相位差为120!,相对应的两个线圈施加相同的电流,具体见式(1),采用谐波分析,计算t =0时刻磁场的分布I a =I 0N [sin (#t )+icos (#t)],I b =I 0N [sin (#t -2∃/3)+icos (#t -2∃/3)],I c =I 0N [sin (#t +2∃/3)+icos (#t +2∃/3)](1)2)边界条件:施加磁力线平行条件,垂直条件自然发生,不用施加2 结果与分析2.1 模拟计算结果与实测值的对比为了验证数值模拟的正确性,采用美国Lake Shore 数字信号处理模式特斯拉计475对 250mm 结晶器电磁搅拌空载情况的磁场进行了在线测试,并与数值模拟结果进行对比 电流为480A,频率为3H z 时沿结晶器高度方向以及搅拌器径向上的磁感应强度分布的对比如图1所示 数值模拟结果与实测结果基本上是一致的,存在的误差是由于现场实测的干扰和人为因素,以及数值模拟过程中的假设所造成的 这说明数值模拟具有可信性图1 现场实测值与数值模拟结果的对比Fig.1 Comparison between magnetic inducti on simulated and m eas ured(a)∀沿结晶器中心线;(b)∀搅拌器径向电流为480A,频率为3Hz 时,结晶器中心线上不同方向的磁感应强度与电磁力的分布如图2所示,其中z 方向为拉速方向 由图2可知,磁感应强度主要分布在x 和y 方向,z 方向很小,而电磁力主要分布在z 方向,x 和y 方向很小 磁感应强度的最大值与电磁力的最大值是相对应的,位于搅拌器中下部,并未在搅拌器中心位置(距结晶器顶端730mm)处 磁感应强度的最大值约为0 052T,电磁力的最大值约为1 125kN/m 3由图2a 可见,磁感应强度的分布沿高度方向出现两个峰值,这是由于结晶器铜板的屏蔽作用造成的 钢液在出结晶器后由于铜管的屏蔽作用消失,钢液磁感应强度再一次出现峰值 因此,需要考虑结晶器对钢液磁感应强度和电磁力的影响1433第10期 张 静等:连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响图2 沿结晶器中心线不同方向的磁感应强度和电磁力分布Fig.2 Distributions of magnetic i nduction and electromagnetic force along centerli ne of mold2.2 电流对磁感应强度和电磁力分布的影响由图3a 可知,随着电流的增加,磁感应强度也相应地增加 由图3b 可知,电磁力随着电流的增加而增加,电磁力的最大值位于搅拌器中心下部,出现在距结晶器顶端约850mm 处,并未出现在搅拌器的中心位置 电流每增加50A,磁感应强度最大值增加约0 005T ,电磁力最大值增加约300N/m 3 虽然电流的增加会增大电磁力,但是电流过大会导致搅拌器寿命的降低,而且,过强的搅拌会使铸坯出现负偏析 当电磁力大于1kN/m 3效果比较显著[8] 因此,结晶器电磁搅拌电流为480A 时即能达到良好的搅拌效果由图4a 可见,随着电流的增加,磁感应强度也相应地增加,但变化较平缓;磁感应强度由铸坯边缘向中心逐渐减小 由图4b 可见,电磁力随着电流的增加而增加,且与径向距离成正比,变化较快 电磁力由铸坯边缘向中心逐渐减小,电磁力最大值由400A 时的4 2kN/m 3增加到600A 时的9 5kN/m 3 电磁力增加了4倍多,这验证了电磁力与电流的平方成正比图3 不同电流下沿结晶器方向铸坯中心线磁感应强度和电磁力的分布Fi g.3 Distri butions of magnetic induction and electrom agneti c force along centerline of bl oomin mold at different current图4 不同电流下搅拌器径向上磁感应强度和电磁力的分布F i g.4 Distri butions of magnetic induction and electr omagnetic force along sti rrer radius at different current1434东北大学学报(自然科学版) 第31卷2.3 频率对磁感应强度和电磁力分布的影响由图5可见,随着电流频率的增加,沿结晶器方向铸坯中心线的磁感应强度减小,而电磁力却随着频率的增加而增加 这是因为随着频率的增加,结晶器铜管的屏蔽作用增强,使得磁感应强度减小 而电磁力近似与电流的平方和频率成正比[8],所以随着频率的增加电磁力也增大 但是频率对电磁力的影响却随着频率的增加而逐渐减小 频率从1Hz 增加到2Hz 时最大电磁力增加约450N/m 3 频率从2Hz 增加到3Hz 时最大电磁力增加约200N/m 3 频率从3H z 增加到4H z 时最大电磁力增加约100N/m 3 在4,5和6Hz 时增大频率对电磁力影响很小,因此在结晶器电磁搅拌过程中存在一个最佳的频率 结合数值模拟结果,频率为3H z 比较合适由图6可知,随着电流频率的增加,沿铸坯径向的磁感应强度和电磁力都相应的减小 与图4相类似,磁感应强度和电磁力由铸坯边缘向中心逐渐减小 但是电磁力的变化幅度要明显大于磁感应强度 对于中高碳钢,当铸坯中心磁感应强度达到0 045~0 006T 时,搅拌效果比较显著[9] 从图6a 可知,当电流为480A,频率为3H z,即能达到这个标准图5 不同频率下沿结晶器方向铸坯中心线磁感应强度和电磁力的分布F i g.5 Distri butions of magnetic i nduction and electr omagnetic force at differentfrequencies图6 不同频率下搅拌器对应铸坯径向中心线磁感应强度和电磁力的分布Fig.6 D i stributi ons of magnetic inducti on and electrom agnetic force along bl oom radius at di fferent frequenci es3 结 论1)沿着结晶器方向,磁感应强度主要分布在水平方向,拉速方向很小 电磁力主要分布在拉速方向,水平方向很小2)钢液内磁感应强度随频率的增大而减小,随着电流的增加而增加 钢液边缘的磁感应强度和电磁力大于中心部位的磁感应强度和电磁力3)钢液内电磁力沿结晶器方向随着电流和频率的增大而增大,而沿着搅拌器中心对应的铸坯径向,随着电流的增大而增大,随着频率的增加反而减小 钢液边缘的电磁力明显大于中心部位的电磁力4)连铸(断面 250mm)的电磁搅拌电流为480A,频率为3Hz 时,能起到良好的搅拌效果 参考文献:[1]李建超,崔建忠,王宝峰,等 大方坯连铸跨结晶器电磁搅拌的数值模拟[J ] 东北大学学报:自然科学版,2006,27(5):497-500 (Li Jian chao,Cui Jian zhong,Wang Bao feng,et al .Numerical simul ation of M EM S for bloom conti nuous casting [J ].Jou rnal of Nor theastern Univ ersity :Natural S cience ,1435第10期 张 静等:连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响2006,27(5):497-500.)[2]Partinen J,Saluja N,Szekely J,et al.Experimental andcom putational i n vestigation of rotary EM S in w oods metal system[J].I SIJ International,1994,34(9):707-714. 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电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证
ｃｓｉｇ ｏ ｎ ｉｅ ｌ ｓｉｔｏ ｕ ｅ ａｔ ）ｒｕ ｄ ｂｌ ｔｍｏｄ ｗａ ｎｒ ｄ ｃ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉｇ ｔ ｒｅｄｍｅ ｓ ｎ ｌ ｔ ｅ ｔ ｌ ｎ ｌ ｎ ｈ ｏ ｒｓ ｏ ｄｎ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉ ａ ｍａ ｈ ｍａｉ ｏ ａ ｅ
摘
要 ：描述 了自行设计 的电磁软接触 圆坯连铸结 晶器 ， 给出 了相应的三维圆坯 连铸结 晶器 电磁 软接触
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电磁场 的数学模型 ． 采用有 限元方法对数学模型进行数值求解 ， 在对数值计算结果进行实验验证后 ， 系统地研 究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布 ． 数值解与实验结果误 差小于 ５ 分别考察了结 晶器结构 参数 ， ％． 钢液液面
文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —０ ６２ ０ ）９１０ —３ ０ ５３ ２ （０ ７ ０ —３ ２０ 中图分类号 ：Ｔ ２ ９ ７ Ｇ ４ ．
Ｎ ｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｎｅ ｉ ｕ ｎ ｉｙ Ｄｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｆＭ ｇ ｔｃ Ｆｌ ｘ Ｄｅ ｓ ｔ ｓ ｒ ｂ ｔｏ ｓｉ Ｓ ｆ— ｎ ａ ｔｎ ｏ ｔＣｏ ｔ ｃ ｉ ｇ ＥＭ ＣＣ ｕ ｄ Ｂｉｌ ｔ Ｒｏ ｎ ｌｅ ．
（ ｅ ａｏａｏｙ ｏ ｔ ｎｌＥ ｕａｉ ｎ ｔ ｏ ｌ ｔ ｍａｎ ｔ ｒｃ ￣ｎ ｆＭａｅ ａ ， Ｎｏｔｅｓ ｒ Ｋ ｙ Ｌ ｂｒｔｒ ｆＮａｉ ａ ｄ ｃｔ ｎ Ｍｉｓｒ ｆｒＥｅ ｒ ｇ ｅｉ Ｐｏｅ ｉｇ ｏ ｔｒ ｌ ｏ ｏ ｉ ｙ ｃｏ ｃ ｉｓ ｒ ａｔ ｎ ｈ ｅ
…
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅ ｙ ｃ ｓ ｏ ｒａｉ ｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｓ ｆ—ｏ ｔｃ ｖ ｒ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｔ ｒｄ ｃ ｉ ｏｔｃ ｎ ａ ｔＥＭ（ （ ｌｃｒｍａ ｎ ｔ ｏ ｔ ｕ ｕ ｏ ｓｃ ｏ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｃ ｎ
软接触电磁连铸结晶器传热行为研究现状
的润滑 ， 降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热来提高铸坯的表面质量。此外 ， 该技术在轻金属连铸上应用 的实践还表明， 它可 以大幅度提高结晶器的寿命 ， 从而提高连铸机 的作业率和生产率 ， 这一效果也是 目前钢 连铸 发展 所必 需 的。 虽然 软接 触 电磁连 铸技 术… 的 实用 化 研 究 已经 取 得一 些 进 展 ， 这 种 工 艺 对 结 晶 器 提 出 了很 高 的要 但
收 稿 日期 ：０ １—１ ２１ ２—１ ２
基金 项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（ １７ ０ ３ ； ５ ０４ ６ ） 河北省 自然科学杰 出青 年基金资助项 目（ ２ １００ ３ ） Ｅ ００ ０ ９０
第３ 期
贾相 明， ： 等 软接触 电磁连铸结晶器传热行为研究现状
３ ｌ
根 据 Ｍａｗ ｌ方程 ， 与 Ｆ 的关 系为 ： ｘｅ ｌ
结 晶器 传热 的影 响 因素为 以后 的生产提供 理论 依据 。
１ 软 接 触 电磁连 铸 技 术 的原 理
软 接触 电磁 连铸施 加 的是 高 频 电磁 场 ， 为使 高 频 磁场 得 以穿透 结 晶器壁 ， 结 晶器壁 沿铸坯 方 向上 设有 割缝 ， 图 １ 在 如 所示 。当感应线 圈
在结晶器 内产生高频电磁场 Ｂ时 ， 在金属液 内诱发感应 电流 ， 两者交 互作用在熔体 中产生电磁力 Ｆ ＝Ｊ× 若介质的磁导率为 ， Ｂ， 则根据 麦 克斯 韦方程 组得 ：
Ｆ ：－×Ｂ ：一 ，
￣Ｊ －． ／
＋
： ＋Ｆ
（） １
～
方程 的第一项是垂 直熔体侧表面指向液芯 的电磁力 的径 向分力 Ｆ， ，它降低了熔体与结晶器之间的接触压力 ， 因此称为软接触 ； 第二项 旋度不为零 ， 它是使熔体旋转的周向力 ， 对熔体起电磁搅拌的作用 。 图１ 软接触电 磁连铸原理示意图
连铸电磁搅拌技术全面解答收藏帖！
连铸电磁搅拌技术全面解答收藏帖！1.什么叫电磁搅拌(简称EMS)?大家知道，一个载流的导体处于磁场中，就受到电磁力的作用而发生运动。
同样。
载流钢水处于磁场中就会产生一个电磁力推动钢水运动，这就是电磁搅拌的原理。
电磁搅拌是改善金属凝固组织，提高产品质量的有效手段。
应用于连续铸钢，已显示改善铸坯质量的良好效果。
早在1922年就提出了电磁搅拌的专利。
论述了流动对金属结构、致密性、偏析和夹杂物等方面的影响。
1952年开始在钢厂连铸机二次冷却区装置电磁搅拌的试验。
随着连铸技术的发展，为改善连铸坯质量，人们对电磁搅拌结构、类型、搅拌方式和冶金效果进行广泛深入研究，使电磁搅拌技术日益成熟，得到了广泛的应用。
2.电磁搅拌器有哪几种类型?电磁搅拌器型式和结构是多种多样的。
根据铸机类型、铸坯断面和搅拌器安装位置的不同，目前处于实用阶段的有以下几种类型。
(1)按使用电源来分，有直流传导式和交流感应式。
(2)按激发的磁场形态来分，有：恒定磁场型，即磁场在空间恒定，不随时间变化；旋转磁场型，即磁场在空间绕轴以一定速度作旋转运动；行波磁场型，即磁场在空间以一定速度向一个方向作直线运动；螺旋磁场型，即磁场在空间以一定速度绕轴作螺旋运动。
目前，正在开发多功能组合式电磁搅拌器．即一台搅拌器具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能。
(3)按使用电源相数来分，有两相电磁搅拌器，三相电磁搅拌器。
(4)按搅拌器在连铸机安装位置来分，有结晶器电磁搅拌器、二次冷却区电磁搅拌器、凝固末端电磁搅拌器。
3.电磁搅拌技术有何特点?与其他搅拌钢水方法(如振动、吹气)相比，电磁搅拌技术有以下特点：(1)通过电磁感应实现能量无接触转换，不和钢水接触就可将电磁能转换成钢水的动能。
也有部分转变为热能。
(2)电磁搅拌器的磁场可以人为控制，因而电磁力也可人为控制，也就是钢水流动方向和形态也可以控制。
钢水可以是旋转运动、直线运动或螺旋运动。
可根据连铸钢钢种质量的要求，调节参数获得不同的搅拌效果。
钢铁工艺连铸工艺中电磁技术的应用
【钢铁工艺】连铸工艺中电磁技术的应用近年来，电磁制动与电磁搅拌技术在我国钢铁行业应用广泛，是连铸工艺体系的重要组成部分，电磁技术的应用有助于解决结晶器内钢水过热、铸坯等轴晶率不足、结晶器液面不稳、铸坯夹杂物含量高等工艺难题，进一步提升了产品质量。
基于此，为切实满足日益提高的连铸工艺要求与生产需求。
今天我们就给大家介绍一下连铸工艺体系中电磁制动、电磁搅拌两项技术的发展历程、作用原理与注意事项，并探讨技术应用措施。
电磁制动技术一发展历程电磁制动技术理念早在20世纪八十年代便被日本川崎公司与瑞典ABB公司提出，水岛钢厂等项目中得到应用实施，有助于提高产品质量与生产效率,但第一代电磁制动技术却存在着电磁极间距不易控制的缺陷不足，实际制动效果并不理想。
对于第一代电磁制动设备而言，设备空间极为狭小，这就对设备中的各类元件提出了更高的要求。
当设备内部元件体积过大时，将会使各元件的作用无法得到发挥。
此外，还会使铸坯厚度大大增加。
针对此类问题，两家公司陆续推出单条型电磁制动、双条型电磁制动、全幅两段与三段电磁制动等全新技术。
例如，双条形电磁制动技术应用期间会生成两个位置不同的磁场，各磁场能够相互制约、促进，且方向相反，发挥着不同的功能,这使得制动效果得到明显改善，电磁制动技术逐渐具备了大规模应用推广的技术条件，得到国内外钢铁企业的广泛应用。
虽然我国该领域研究发展起步晚，但相关技术人员正积极应用信息技术提高该领域整体发展水平。
电磁制动技术一作用原理在连铸工艺体系中，电磁制动是一项装置通电条件下通过形成静态磁场来引导结晶器内钢水沿特定方向流动、控制钢水流速和抑制涡流的技术手段,起到稳定结晶器液面、提高弯月面温度、降低钢水夹杂物含量等多重作用，具体如下：其一，稳定结晶器液面。
在磁场制动力作用下来维持液面状态，避免因液面波动幅度过大出现拉漏、重熔、坯壳残留过量保护残渣的问题，或是因液面波动量不足而影响到保护渣融化、润滑效果。
软接触电磁连铸技术分析
晶器 应 选 一 十最 佳 频 率 ，才 能 得 到最 大 的 电磁 约 束 力
关 键 词 软接触 电磁连铸．结晶器，弯月面
中圈法分类号
ＴＧ２ ９７ ４
文献标识码
Ａ
文章编号
０ １ １６ （Ｏ ２ ０ ０ ０ ０ ４ ２ ９ １２ ０ ） ｌ ｌ ５ ４
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高频电磁场在连铸技术中的研究进展_王杏娟
高频电磁场在连铸技术中的研究进展王杏娟1,2，朱立光2，刘然2（１．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２．河北联合大学冶金与能源学院，河北省现代冶金技术重点实验室，河北唐山０６３００９）摘要：从软接触结晶器材质、结构参数设计，电磁场分布，弯月面的形状及其运动行为，铸坯表面质量改善机理以及磁场的施加方式等方面，论述了高频电磁场在连铸技术中的发展现状，分析了该技术存在的主要问题，并指出了软接触电磁连铸技术工业化过程中还需进行深入研究的关键问题。
关键词：高频；电磁场；连铸；结晶器中图分类号：ＴＦ７７７；ＴＧ２４９．７文献标识码：Ａ文章编号：１０００-８３６５（２０１３）０３-０３２０-０４Research Progress of High －frequency Electromagnetic Field in ContinuousCasting TechnologyＷＡＮＧＸｉｎｇｊｕａｎ１，２，ＺＨＵＬｉｇｕａｎｇ２，ＬＩＵＲａｎ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ＆ＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆Ｅｎｅｒｇｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｒｙｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３００９，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｕｓｅｄｉｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄｆｒｏｍｆｉｖｅａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈａｓｓｏｆｔ－ｃｏｎｔａｃｔｍｏｌｄｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｄｅｓｉｇｎ，ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｍｅｎｉｓｃｕｓｓｈａｐｅａｎｄｍｏｖｅｍｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃａｓｔｉｎｇｓｌａｂｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｉｍｐｏｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｅｍａｉｎｑｕｅｓｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｎｅｅｄｅｄｉｎ－ｄｅｐｔｈｓｔｕｄｙｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．Key words ：ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ；ｍｏｌｄ软接触电磁连铸技术是一项崭新的钢坯连铸技术设想［１］。
板坯连铸机结晶器内电磁搅拌技术
板坯连铸机结晶器内电磁搅拌技术摘要：连铸电磁搅拌技术在冶金工业中的应用可以提高钢坯的质量，降低成本消耗，提高连铸钢的等级，降低了芯部收缩，避免了芯部偏聚，改善了铸锭内等轴晶粒。
因此，将电磁搅拌技术引入到炼钢生产中，将大大提升炼钢产品的品质，为炼钢工业带来新的生机。
今后，工业计算机控制技术将与连铸电磁搅拌技术、冶金技术、信息技术等相融合，开拓冶金产业发展新方向，逐渐实现了电磁搅拌的可视化和自动化。
同时，要充分利用新设备和新技术，大力研发新设备和新技术，以增加产品的技术含量和产品的使用效率；节能减排，节能增效，高质量钢铁产品的产量不断增加，为中国钢铁行业与国际接轨做出了重要贡献。
关键词：板坯连铸机；结晶器；电磁搅拌技术引言连铸坯的中心偏析、夹杂物和中心收缩是连铸坯的关键问题，严重影响连铸坯的内部质量。
电磁搅拌是最常用的连铸技术，它可以通过电磁力优化和消除模具中钢水的过热。
电磁搅拌后，坯料的等轴晶粒率显著提高，使坯料固化良好，提高了产品性能。
本发明可以有效地解决连铸坯的中心收缩和清洁度问题。
1结晶器电磁搅拌及连铸坯概述连铸坯是由钢水通过连铸机制成的坯段。
连铸技术可以简化从钢水到钢坯的整个生产过程，而无需连铸。
因此，连铸坯具有生产成本低、金属获取率高、劳动条件好等一系列优点。
目前，连铸坯已成为轧制生产的重要原料。
但是连铸坯也存在一些缺陷。
例如，一般孔隙率、中心孔隙率、一般点偏析、皮下气泡、铸锭偏析、边缘偏析、内部气泡、残余收缩、剥落、白点、轴向晶体裂纹、非金属夹杂物和芯部裂纹。
在低倍率检查中，可能会出现中心气孔、收缩、中心偏析、表面角裂纹和表面边缘裂纹等缺陷。
电磁搅拌是通过在铸坯液空腔中产生的电磁力来强化钢液在空腔中的移动，进而强化了钢液的传热、对流和传质，进而实现对铸坯的凝结进程的控制，这对改善铸坯的品质具有重要的意义。
目前，模具电磁搅拌是最常见的设备，适用于各种连铸机。
它可以改善钢坯的表面质量，细化晶粒尺寸，减少钢坯的夹杂物和中心孔隙率。
连铸机电磁搅拌电磁力的数学分析
连铸机电磁搅拌电磁作用力的数学分析提纲一简单介绍电磁搅拌对铸坯质量的影响二电磁搅拌中电磁场的基本原理三铸坯中电磁作用力的数学分析四讨论与分析五电磁搅拌在石钢中的应用连铸机电磁搅拌电磁作用力的数学分析摘要：运用数学方法对电磁搅拌的铸坯内部产生的电磁搅拌力进行了数学分析，并具体分析流电磁搅拌力的作用位置和作用方向、电磁搅拌力与电磁场分布的关系以及对钢液流动的促进作用，这有利于更好的理解电磁搅拌力的实质。
分析指出，电磁搅拌力的产生是由于钢液内部电磁场分布不均匀造成的并作用在感生电流法平面内，电磁场的径向和轴向的分布梯度式产生电磁搅拌的根本原因：电磁搅拌力产生的涡流则是提高铸坯质量的关键。
并研究分析了电磁搅拌在石钢连铸机上的应用效果。
关键词：电磁搅拌电磁力连铸机数学分析一、电磁搅拌对铸坯质量的影响和简单介绍电磁搅拌的实质是借助在铸坯液相穴内感生的电磁力强化液相穴内钢液的运动，由此强化钢液的对流、传热和传质过程，产生抑制柱状晶发展、促进成分均匀、夹杂物上浮细化、分布均匀的热力学和动力学条件，进而控制铸坯凝固组织，改善铸坯质量。
电磁搅拌装置按安装位置分为中间包电磁搅拌装置;结晶器电磁搅拌装置;冷却一段电磁搅拌装置;冷却二段电磁搅拌装置;凝固末端电磁搅拌装置。
本文通过对铸坯施加电磁场产生的电磁力进行流数学分析，研究了电磁场在钢液内部产生的电磁搅拌力的作用位置和作用方向，以及电磁搅拌力与电磁场分布的关系以及对钢液流动的促进作用，这有利于更好的理解电磁搅拌力的实质，并为实验研究和分析提供理论依据。
二、电磁连铸中电磁场基本原理电磁连铸过程中各个物理量之间满足电磁场的基本方程Maxwell方程组[5]。
设交便电磁场中各量均为正弦波，则：▽×H。
=J。
▽×E=-jωB▽∙B=0 （1）B=μHJ=σE 。
其中：E为电场强度，V/m；B为磁感应强度，T；H为磁场强度，A/m；J为电流密度，A/m2；μ为导体磁导率，H/m；σ为导体电导率，S/m。
连铸结晶器钢水流动控制技术(四篇)
连铸结晶器钢水流动控制技术连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。
伴随着连铸机拉速的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。
采用结晶器钢水流动控制技术可以改善结晶器内流场形态，抑制水口出流速度以平稳液面，促进夹杂物上浮。
连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。
伴随着连铸机拉速的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。
采用结晶器钢水流动控制技术可以改善结晶器内流场形态，抑制水口出流速度以平稳液面，促进夹杂物上浮。
用于板坯结晶器的电磁制动（EMBr）、电磁流动控制（FC结晶器）和多模式电磁搅拌（M-MEMS）是结晶器钢水流动控制技术的典型代表。
电磁制动器通过对结晶器施加一个与铸流方向垂直的静态磁场而对流动的钢液进行制动。
钢流由于电磁感应而产生感应电压，因此在钢液中产生感应电流，这些电流由于受到静态磁场的作用而产生一个与钢水运动方向相反的制动力。
钢液的流速越快，制动力也越大。
电磁制动器具有一个单一的、覆盖整个板坯宽度的静态磁场。
电磁制动技术可抑制水口射流速度，减缓沿凝固壳向下流动，促进夹杂物和气泡上浮。
FC结晶器含有两个方向相反的制动磁场，第一个位于弯月面区域，另一个位于结晶器的下部，每一个磁场都覆盖了板坯的整个宽度。
FC结晶器的磁场的上电磁场减少了结晶器弯月面紊流，可防止保护渣卷入凝固壳和角部横裂；下电磁场可减少钢液向下流速，有利于夹杂物和气泡上浮。
利用M-MEMS多模式电磁搅拌器可根据需要以不同的方式搅动结晶器内的钢水，显著减少板坯铸造缺陷。
该技术采用4个线性电磁搅拌器，位于结晶器高度方向的中部、浸入式水口两侧，每侧2个线圈并排设置，可用于使浸入式水口流出的钢水制动（EMIS）或加速（EMLA）。
第三种工作模式则用于使位于弯月面的钢水转动（EMRS），此项技术可有效控制热传导梯度和坯壳凝固前沿的均匀性，消除某些钢种存在的气孔、针孔和表面夹渣等铸造缺陷。
板坯连铸结晶器内电磁制动控制效果的分析研究
板坯连铸结晶器内电磁制动控制效果的研究发表日期：2006-9-5 阅读次数：261 前言连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动条件紧密相关。
从结晶器的浸入式水口流出的钢液射流夹带着非金属夹杂物和气泡冲击结晶器的窄面后分成两个很强的流股，其中一个流股向上流动，引起弯月面的不稳定性并易造成卷渣；另一个流股穿入板坯深处，使非金属夹杂物和气泡聚集在凝固壳上。
在高速连铸下，这些现象更为严重并恶化了最终产品质量。
因此，控制从水口流出的钢液成为高速连铸中的关键技术。
为解决上述问题，开发了应用稳恒磁场制动从水口流出的钢液即电磁制动技术。
电磁制动技术(Electromagnetic Brake-EMBR>就是在水口区域设置与水口出流垂直的稳恒磁场，在导电的液态金属中将产生感生电流，感生电流与稳恒磁场的交互作用又在液态金属中产生与流速方向相反的洛仑兹力，从而使液态金属的流动受到抑制。
在连铸中应用电磁制动技术可减少连铸坯的内部和皮下夹杂物，消除保护渣的卷渣，减少纵向和横向裂纹，达到高拉速下生产高质量连铸坯的目的。
本文用Pb- Sn- Bi低熔点合金进行了电磁制动模拟实验以证实电磁制动的效果，研究了单条形稳恒磁场对结晶器内流体流动的影响，并考察各操作参数(磁通量密度、浇铸速度、水口出口角度>对电磁流动控制效果的影响。
2 实验装置和实验方法实验装置如图1所示。
模拟结晶器与实际结晶器几何相似，其比例为1:3。
金属液从模拟中间包通过浸入式水口流入结晶器中，然后通过结晶器底部的出口流入金属液储槽，同时，通过钢包不断地往中间包内补充金属液，使金属液在结晶器内形成连续的循环流动。
流动过程中金属液的流量用中间包内的塞棒和结晶器出口处的流量控制阀进行调节。
通过用钢包不断往中间包补充金属液使中间包内金属液的液面稳定，从而使结晶器内金属液面保持稳定。
每次实验，金属液在结晶器内的稳定流动时间保持3~5min，以得到稳定可靠的实验结果。
工业实验用电磁软接触结晶器结构参数研究
工业实验用电磁软接触结晶器结构参数研究
张永杰;陈向勇;邓安元;赫冀成
【期刊名称】《重型机械》
【年(卷),期】2005(000)005
【摘要】本文从工程应用的角度讨论了工业实验电磁软接触连铸结晶器结构参数对结晶器内部磁场的影响规律,进而确定工业实验结晶器结构参数范围:当分瓣数大于40时,最大磁感应强度随分瓣数增加的幅度不大;切缝宽大于0.8mm时,切缝宽度对磁感应强度影响不明显;缝长长于线圈两端各40 mm,就可解决结晶器铜管磁屏蔽问题.本文还发现若线圈外部存在良导电体部件,将会降低钢液表面磁感应强度达50%.
【总页数】6页(P5-10)
【作者】张永杰;陈向勇;邓安元;赫冀成
【作者单位】东北大学,辽宁,沈阳,110004;宝钢技术中心,上海,201900;东北大学,辽宁,沈阳,110004;东北大学,辽宁,沈阳,110004
【正文语种】中文
【中图分类】TF341.6
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圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟与实验研究的开题报告
圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟与实验研究的开题报告一、选题背景连铸技术是钢铁工业生产中重要的工艺环节之一，其直接关系到产品的质量和产量。
圆坯连铸结晶器内流场和电磁场的研究对提高连铸技术的效率和改善产品质量具有重要意义。
因此，本文提出了圆坯连铸结晶器内电磁场、流场的数值模拟及实验研究，以深入了解连铸过程中结晶器内的热传递、流动和结晶行为。
二、研究目的和意义圆坯连铸结晶器内电磁场、流场数值模拟和实验研究旨在：1. 为圆坯连铸结晶器的热流场和结晶行为的研究提供理论基础和实验支持。
2. 分析结晶器内电磁场、流场的特点，为进一步优化结晶器结构、提高产品质量和连铸效率提供基础数据。
3. 提出可以用于优化结晶器中的电磁场和流场的设计建议。
三、研究内容和方法1. 研究结晶器内的电磁场的分布特性，通过建立电磁场的数学模型，利用有限元方法进行数值模拟，验证模型的有效性。
2. 研究结晶器内的流场分布特性，通过建立流场模型，利用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟，验证模型的有效性。
3. 利用热像仪和热电偶等实验手段，对圆坯连铸结晶器内的温度分布情况进行实时监测和记录，验证数值模拟结果的正确性。
4. 基于数值模拟结果和实验数据，分析结晶器内的电磁场、流场与温度分布的关系，并提出结晶器内电磁场、流场优化设计建议。
四、研究进度安排一月份：阐述选题背景和研究目的，并提出研究方法和内容；二月份：对相关领域的文献进行综述和分析，明确研究的重点和难点；三月份：建立连铸结晶器内电磁场的数学模型，进行数值模拟，验证模型的正确性和可行性；四月份：建立连铸结晶器内流场的数学模型，进行数值模拟，验证模型的正确性和可行性；五月份：利用热像仪和热电偶等实验手段，对圆坯连铸结晶器内的温度分布情况进行实时监测和记录；六月份：基于数值模拟结果和实验数据，分析结晶器内的电磁场、流场与温度分布的关系，并提出结晶器内电磁场、流场优化设计建议；七月份：总结研究成果，撰写毕业论文，并进行答辩。
电磁软接触中电磁场的影响因素
电磁软接触中电磁场的影响因素田鹏;朱立光;田微【摘要】为了提高铸坯的表面质量和结晶器的寿命,国内外很多学者对电磁软接触连铸技术进行了研究,研究表明电磁软接触连铸技术能有效的控制钢波的初始凝固过程,改善钢液的初始凝固状态,从而在高拉速的条件下生产出无表面缺陷的铸坯,提高成品率,节约能源.综述了电磁软接触连铸过程中结晶器结构、电源频率、感应线圈位置等工艺参数对磁场大小和分布规律,以及电磁场对弯月面变形规律的影响.【期刊名称】《河北联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(034)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】电磁软接触;结晶器;电磁场;弯月面【作者】田鹏;朱立光;田微【作者单位】河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室,河北唐山 063009;河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室,河北唐山 063009;河北联合大学河北省现代冶金技术重点实验室,河北唐山 063009【正文语种】中文【中图分类】TF777.90 引言1985年日本钢铁协会成立了“材料电磁过程(EPM)委员会”，1995年，日本通产省设立了“连铸中电磁压力利用和开发”国家科研计划，之后六年间共投资25亿日元对初期凝固控制技术、电磁铸造用结晶器、流动控制技术等进行开发和研究。
日本的藤等［1］分别利用低熔点Sn-Pb合金和Ni系不锈钢进行拉坯试验，结果表明:施加60Hz的低频磁场后结晶器内保护渣的消耗量增加，铸坯质量得到明显改善。
在频率为25kHz甚至到150kHz的高频磁场的作用下，铸坯的表面质量得到明显改善。
浅井等［2］采用间歇式高频磁场代替结晶器的振动，实现了低熔点合金锡的拉坯实验，取得了良好的效果。
在空载条件下，Tanaka等［3］实验测试发现:在拉坯方向上，磁感应强度在线圈的中心处出现最大值。
Nakata等［4］发现在结晶器内部方向上的磁感应强度在切缝处最强，然后是分瓣体中心，在结晶器中心的磁感应强度最弱。
方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟
方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟
那贤昭;张兴中;仇圣桃;干勇
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【摘要】通过有限元法三维数值模拟,对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算.得到磁感应强度、电磁体积力、感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律.在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强,20000 Hz时约为10％;由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上,连铸坯表面所受的电磁体积力在横向较为均匀;当钢液面位于感应线圈中部时,沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强,然后逐渐降低.
【总页数】5页(P947-951)
【关键词】软接触电磁连铸;结晶器;有限元法;数值模拟;方坯连铸
【作者】那贤昭;张兴中;仇圣桃;干勇
【作者单位】钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心
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【中图分类】TF777.2;TB115
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